DE19649454A1 - Platine für integrierte elektronische Schaltungen und Verfahren zur Herstellung einer Platine - Google Patents
Platine für integrierte elektronische Schaltungen und Verfahren zur Herstellung einer PlatineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Platine für integrierte
elektronische Schaltungen und ein Verfahren zur Herstellung
einer Platine.
Im allgemeinen bestehen die in der Technik bekannten Platinen
für integrierte elektronische Schaltungen aus
Isolierstoffplatten, die einseitig oder beidseitig mit einer
Kupferschicht versehen werden, in die mittels Druck- und
Ätztechniken Leiterbahnen eingearbeitet werden. Die
Isolierstoffplatten können beispielsweise aus
Schichtpreßstoffen, wie Papier oder Hartfasergewebe, das in
Epoxidharz eingebettet ist, Kunstharzen oder
Keramikwerkstoffen bestehen. Zur Ausbildung integrierter
elektronischer Schaltungen werden elektronische Bauelemente
wie z. B. Widerstände, Spulen, Transistoren, Kondensatoren
oder integrierte Schaltkreise in Bohrungen eingelötet, die in
den auf der Platine ausgebildeten Leiterbahnen vorgesehen
sind. Alternativ können die genannten Bauteile als SMD-Bau
elemente (surface mounted device) auf die Leiterbahnen
aufgelötet werden.
Derartige Platinen werden zumeist in industrieller
Serienfertigung mit Handhabungsgeräten automatisch bestückt,
was eine ausreichende Stabilität und eine gewisse Dicke der
Platinen erfordert. Ferner müssen die Platinen für die im
Rahmen der betrieblichen Nutzung auftretenden Belastungen
hinreichend stabil sein. Die folglich vergleichsweise dick
ausgebildeten Platinen werfen besondere Probleme bei der
Verschrottung und Entsorgung dieser Bestandteile
elektronischer Geräte am Ende von deren Nutzungsdauer auf.
Der größte Volumenanteil einer zu entsorgenden Platine wird
nämlich durch die festen und dicken Isolierstoffplatten
gebildet, die als Trägerplatte für die Leiterbahnen und die
darauf befindlichen Bauteile dienen. Die Werkstoffe der
Isolierstoffplatten sind zwar nur selten wiederverwertbar,
sie sind jedoch relativ einfach zu entsorgen und stellen
meist keinen Problemmüll dar. Wie vorangehend beschrieben,
sind mit den Isolierstoffplatten jedoch elektronische
Bauelemente fest verbunden, die entweder kritischen
Sondermüll bilden, der getrennt aufzubereiten oder zu
entsorgen ist, oder aus wertvollen Werkstoffen bestehen, für
die eine Wiederverwertbarkeit erwünscht wäre. Aufgrund der
gemäß dem Stand der Technik festen Verbindung zwischen den
auf der Leiterplatte befindlichen elektronischen Bauteilen
und den vergleichsweise dicken Isolierstoffplatten tritt das
Problem auf, daß die an sich unproblematischen
Isolierstoffplatten zusammen mit den kritischen, darauf
befestigten Bauteilen entsorgt werden müssen. Wie erwähnt,
ist die Verbindung zwischen den genannten Komponenten nicht
ohne weiteres zu lösen, und es kann nicht in Kauf genommen
werden, die kritischen elektronischen Bauteile zusammen mit
den Isolierstoffplatten zu deponieren. Die Notwendigkeit, ein
großes Volumen an Isolierstoffplatten als Sondermüll zu
entsorgen, führt zu unerwünscht hohen Kosten. Ferner können
die elektronischen Bauteile nicht ohne weiteres einer
Wiederverwendung zugeführt werden, solange sie mit der
Platine fest verbunden sind.
In der Vergangenheit wurden Versuche dahingehend unternommen,
die Leiterplatten als Folie auf eine dicke Trägerplatte mit
Hilfe eines leicht ablösbaren Klebers aufzubringen. Diese
Kleberschicht löst sich jedoch zumeist in den
Durchlauflötöfen, die bei der Bestückung derartiger
Leiterplatten verwendet werden, und in denen Temperaturen von
ca. 200°C bis 250°C herrschen. Folglich erfüllt eine
derartige Platine die bei der Herstellung und
Weiterverarbeitung gestellten Anforderungen nicht.
In Anbetracht der genannten Nachteile der im Stand der
Technik bekannten Platinen für integrierte elektronische
Schaltungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine Platine zu schaffen, die hinsichtlich ihrer
mechanischen Festigkeit und Wärmebeständigkeit den
Anforderungen, wie sie bei einer industriellen
Serienfertigung auftreten, entspricht, und bei der
gleichzeitig mit wenig Aufwand und in einfacher Weise eine
getrennte Entsorgung der Bestandteile der Platine
gewährleistet werden kann. Ferner besteht die Aufgabe der
Erfindung darin, ein Herstellungsverfahren für eine Platine
zu schaffen, durch das mit geringem Aufwand eine Platine
hergestellt werden kann, die den obengenannten Anforderungen
entspricht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch eine
Platine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Demzufolge besteht die erfindungsgemäße Platine für
integrierte elektronische Schaltungen aus einer Trägerplatte,
die im Bereich zumindest einer ihrer Oberflächen eine gegen
mechanische Belastungen vergleichsweise schwache
Zwischenschicht aus hitzebeständigem Material aufweist.
Ferner ist zumindest eine Leiterplatte in Form einer
vergleichsweise dünnen Folie oder Karte mittels eines nur
schwer wieder lösbaren Haftmittels an der Trägerplatte
angebracht. Durch diese Ausbildung der Platine ist die
Leiterplatte, insbesondere zur getrennten Entsorgung, entlang
der Zwischenschicht von der Trägerplatte abtrennbar. Hierbei
kann die Platine entweder einseitig oder beidseitig mit
Leiterplatten bestückt sein.
Eine Abtrennung der Leiterplatte entlang der Zwischenschicht
kann auch vorgenommen werden, wenn die Leiterplatte für
besondere Anwendungen in dünner, biegsamer Form zum Einsatz
kommen soll.
Mit Hilfe der genannten Zwischenschicht aus hitzebeständigem
Material kann auch bei den Prozeßtemperaturen, wie sie bei
der Bearbeitung derartiger Platinen auftreten, die feste
Verbindung innerhalb der Trägerplatte und damit zwischen der
Trägerplatte und der auf zumindest einer Oberfläche der
Trägerplatte angebrachten Zwischenschicht gewährleistet
werden. Gleichzeitig wird mit der Zwischenschicht, die
erfindungsgemäß gegen mechanische Belastungen vergleichsweise
schwach ausgebildet ist, die Möglichkeit geschaffen, im
Rahmen der Entsorgung einer derartigen Platine die
angebrachten Leiterplatten zusammen mit den kritischen
elektronischen Bauteilen von einem wesentlichen Teil der
Trägerplatte zu lösen. Folglich sind diese Bestandteile der
Platine problemlos getrennt voneinander entsorgbar. Ferner
kann durch die nachfolgend beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung für die Zwischenschicht eine
derartige Festigkeit sichergestellt werden, daß diese den
Belastungen, die bei der Bestückung und Handhabung derartiger
Platinen auftreten, standhält. Gegebenenfalls kann die
abgelöste Leiterplatte zumindest teilweise wiederverwertet
werden. Die Trägerplatte kann entweder deponiert oder
eingeschmolzen und wiederverwertet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Platine
sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.
Demzufolge kann die Trägerplatte als Schichtstoff ausgeführt
sein, wobei eine äußerste Schicht vergleichsweise dünn
ausgebildet ist und an dem Rest der Trägerplatte mit einem
Haftmittel vorbestimmter Trennfestigkeit angebracht ist.
Hierdurch wird durch das Haftmittel im Bereich der Anbringung
der äußersten Schicht die erfindungsgemäße, vergleichsweise
schwache Zwischenschicht ausgebildet. Bei dem Haftmittel kann
es sich beispielsweise um einen warmfesten Kleber oder Kitt
handeln, der unter den genannten Bedingungen die Verbindung
der äußersten Schicht mit dem Rest der Trägerplatte
aufrechterhält und der aufgrund der vorbestimmten
Trennfestigkeit im Rahmen der Entsorgung durch Aufbringen
geeigneter Kräfte gelöst werden kann.
In diesem Fall wird bevorzugt, daß das genannte Haftmittel in
einem Punktraster aufgebracht ist. Somit wird durch die
punktuell begrenzte Verbindung zwischen der äußersten Schicht
und dem verbleibenden Anteil der Trägerplatte eine Verbindung
geschaffen, die unter den beschriebenen Umständen hinreichend
fest ist und gleichzeitig ein Abt rennen der äußersten Schicht
zusammen mit der daran angebrachten Leiterplatte und den
elektronischen Bauteilen möglich macht. Es ist auch denkbar,
die Leiterplatte mittels Punktraster unmittelbar auf der
Trägerplatte zu befestigen, also auf die dünne Außenschicht
der Trägerplatte zu verzichten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Trägerplatte an zumindest einer ihrer
Oberflächen mit einer porösen Schicht und/oder einer
strukturierten Schicht versehen. In dem letztgenannten Fall
kann es sich beispielsweise um eine Wabenstruktur handeln.
Durch diese Art der Strukturierung derjenigen Oberflächen der
Trägerplatte, an denen eine Leiterplatte angebracht werden
soll, wird eine jeweils punktuell begrenzte Verbindung mit
den angebrachten Leiterplatten ausgebildet. Eine derartige
poröse oder strukturierte Oberfläche der Trägerplatte kann
durch geeignete chemische oder mechanische Behandlung der
betreffenden Oberflächen der Trägerplatte hergestellt werden.
Es wird ferner bevorzugt, daß die Trägerplatte aus Metall
besteht, und daß an zumindest einer Oberfläche der metallenen
Trägerplatte eine Oxidschicht ausgebildet ist, in der die
vergleichsweise schwache Zwischenschicht vorgesehen ist. Die
Oxidschicht wird auf der Oberfläche der Trägerplatte durch
elektrochemische Oxidation erzeugt. Dabei bilden sich in der
Oxidschicht eine Vielzahl vergleichsweise tiefer Poren aus.
Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen, vergleichsweise
schwachen Zwischenschicht in der Oxidschicht wird diese bei
reduzierter Spannung fortgesetzt anodisiert, wodurch sich in
dem Verlauf der Porenöffnungen zusätzlich geschwächte
Bereiche ausbilden, die in ihrer Gesamtheit eine deutlich
geschwächte Schicht innerhalb der Oxidschicht bilden. Entlang
dieser Schicht erfolgt bei der Trennung der erfindungsgemäßen
Platine das Lösen der aufgebrachten Leiterplatten von der
Trägerplatte. Mit Hilfe der genannten Ausbildung der
erfindungsgemäßen Platine konnten bei geringem Aufwand
besonders gute Ergebnisse und Bearbeitungseigenschaften für
die erfindungsgemäße Platine erzielt werden.
In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platine
ergibt sich ferner der wesentliche Vorteil, daß die
Trägerplatte der Platine eine gute Leitfähigkeit sowohl für
Wärme als auch für Strom aufweist, da sie notwendigerweise
aus Metall ist. Dadurch kann einerseits die Wärme, die beim
Betrieb des elektronischen Geräts entsteht, abgeführt werden.
Andererseits kann dadurch in vorteilhafter Weise die auf der
Trägerplatte angebrachte Leiterplatte gegen elektrische oder
elektromagnetische Streustrahlung aus anderen Bereichen des
elektronischen Geräts oder von der anderen Seite der Platine
abgeschirmt werden.
Für diese bevorzugte Ausführungsform hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, die Trägerplatte aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung auszubilden. In gleicher Weise sind
jegliche metallische oder auch nichtmetallische Werkstoffe
mit einer Aluminiumplattierung bzw. Aluminiumbeschichtung
geeignet. Ferner können für die Trägerplatte Metalle
verwendet werden, die ihrerseits elektrochemisch oxidierbar
sind.
Schließlich wird für die erfindungsgemäße Platine bevorzugt,
daß die Leiterplatte mittels eines aushärtbaren Klebstoff,
vorzugsweise eines Polyurethan-Epoxidharz-Systems oder eines
keramischen Kitts angebracht ist. Für die genannten
Verbindungsmittel haben sich bei Versuchen gute
Haftungseigenschaften der Leiterplatte an der Trägerplatte
herausgestellt. Mit einem derartigen Verbindungsmittel hält
die Platine auch den Belastungen durch Einwirkung chemischer
Verbindungen, wie z. B. Galvanikbädern, und durch Einwirkung
von Hitze, wie in den Lötöfen, gut stand.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird mit der Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung einer Platine für integrierte
elektronische Schaltungen vorgestellt, das die Merkmale des
Anspruchs 8 oder 10 aufweist.
Demzufolge wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
zunächst eine Trägerplatte, z. B. ein Schichtstoff,
bereitgestellt. Nachfolgend wird mittels eines Haftmittels
mit vorbestimmter Trennfestigkeit an zumindest einer
Oberfläche der Trägerplatte eine vergleichsweise dünne
äußerste Schicht aufgebracht. Schließlich erfolgt auf die
zumindest eine äußerste Schicht der Trägerplatte das
Aufbringen zumindest einer Leiterplatte. Für diese Form des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt, daß bei dem
zweiten genannten Schritt ein Klebstoff in einem Punktraster
aufgebracht wird. Hierdurch kann auf fertigungstechnisch
einfache Weise im Bereich der Oberflächen der Trägerplatte
der erfindungsgemäßen Platine die schwache Zwischenschicht
ausgebildet werden, die ein Abziehen der äußersten Schicht
und der daran angebrachten Leiterplatte zusammen mit den
elektronischen Bauteilen ermöglicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird eine Oberfläche einer metallenen Trägerplatte
in einem Elektrolyt zur Ausbildung einer porösen Oxidschicht
anodisiert. Nachfolgend wird bei reduzierter Spannung die
zumindest eine Oberfläche der Trägerplatte weiter anodisiert,
so daß in der anodisierten Oxidschicht eine vergleichsweise
schwache Zwischenschicht ausgebildet wird. Daran anschließend
wird die Trägerplatte in dem Elektrolyten oder einem anderen
sauren Bad belassen, so daß die Zwischenschicht weiter
geschwächt wird. Schließlich wird auf zumindest eine
Oberfläche der Trägerplatte, die in der beschriebenen Weise
behandelt wurde, eine Leiterplatte mittels eines Haftmittels
aufgebracht.
In dieser Ausführungsform stellt das erfindungsgemäße
Verfahren die Verwendung eines bekannten Verfahrens zur
Ausbildung einer porösen anodisierten Oxidschicht mit einer
vergleichsweise schwachen Zwischenschicht an einer
Metallschicht dar. Folglich kann die Erfindung in diesem Fall
auch in der Verwendung dieses Verfahrens bei der Herstellung
einer Trägerplatte einer Platine zur Anbringung einer
Leiterplatte auf der Oxidschicht der Trägerplatte gesehen
werden. Das genannte Verfahren ist für einen deutlich anderen
Anwendungsbereich, nämlich das abziehbare Anbringen eines
Deckels aus Metallfolie auf einem Behälter, aus der
EP 0 606 309 B1 bekannt, deren Offenbarung hiermit
vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht
wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung entfaltet dieses
Verfahren völlig unerwartete Vorteile für die Herstellung
entsorgungsgerecht gestalteter Platinen. Es kann nämlich auf
einfache Weise eine Befestigung einer Leiterplatte mit daran
angebrachten elektronischen Bauteilen an der Trägerplatte
einer Platine erreicht werden, die einerseits den Belastungen
durch Hitze und durch Krafteinwirkung im Rahmen der
automatischen Bestückung und Handhabung standhält.
Andererseits ist zum Zeitpunkt der Entsorgung auf einfache
Weise mit wenig Kraftaufwand das Abziehen der Leiterplatte
von einem wesentlichen Teil der Trägerplatte möglich, die im
Falle von Aluminium problemlos durch Einschmelzen der
Wiederverwendung zugeführt werden kann. Ferner können in
dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für
die erhaltene Platine diejenigen Vorteile erreicht werden,
die vorangehend für die Verwendung einer Trägerplatte aus
Metall beschrieben wurden.
Claims (11)
1. Platine für integrierte elektronische Schaltungen mit:
- - einer Trägerplatte, die im Bereich zumindest einer ihrer Oberflächen eine gegen mechanische Belastungen vergleichsweise schwache Zwischenschicht aus hitzebeständigem Material aufweist, und
- - zumindest einer Leiterplatte in Form einer vergleichsweise dünnen Folie oder Karte, die mittels eines Haftmittels an der Trägerplatte angebracht ist,
- - wobei die Leiterplatte entlang der Zwischenschicht von der Trägerplatte abtrennbar ist.
2. Platine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägerplatte als Schichtstoff ausgeführt ist, wobei
eine äußerste Schicht vergleichsweise dünn ist und mit
einem Haftmittel vorbestimmter Trennfestigkeit
angebracht ist, wodurch im Bereich der Anbringung der
äußersten Schicht die vergleichsweise schwache
Zwischenschicht ausgebildet wird.
3. Platine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die vergleichsweise schwache Zwischenschicht durch eine
Schicht eines Haftmittels gebildet wird, das in einem
Punktraster aufgebracht ist.
4. Platine nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägerplatte an zumindest einer ihrer Oberflächen
eine poröse Schicht und/oder eine strukturierte Schicht,
vorzugsweise mit einer Wabenstruktur aufweist.
5. Platine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägerplatte aus Metall besteht, an deren zumindest
einer Oberfläche eine Oxidschicht ausgebildet ist, in
der die vergleichsweise schwache Zwischenschicht
ausgebildet ist.
6. Platine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trägerplatte aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung besteht.
7. Platine nach zumindest einem der vorangehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Leiterplatte mittels eines aushärtbaren Klebstoffs,
vorzugsweise eines Polyurethan-Epoxidharz-Systems oder
eines keramischen Kitts angebracht ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Platine für integrierte
elektronische Schaltungen mit den Schritten:
- (a) Bereitstellen einer Trägerplatte;
- (b) Aufbringen einer vergleichsweise dünnen äußersten Schicht mittels eines Haftmittels mit vorbestimmter Trennfestigkeit an zumindest einer Oberfläche der Trägerplatte; und
- (c) Aufbringen zumindest einer Leiterplatte auf die zumindest eine äußerste Schicht der Trägerplatte.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
in Schritt (b) ein Klebstoff in einem Punktraster
aufgebracht wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer Platine für integrierte
elektronische Schaltungen mit den Schritten:
- (a) Bereitstellen einer Trägerplatte mit zumindest einer metallischen, anodisch oxidierbaren Oberflächenschicht,
- (b) Anodisieren zumindest einer Oberfläche der Trägerplatte in einem Elektrolyt zur Ausbildung einer porösen anodisierten Oxidschicht,
- (c) weiteres Anodisieren zumindest einer Oberfläche der Trägerplatte mit reduzierter Spannung zur Ausbildung einer vergleichsweise schwachen Zwischenschicht in der anodisierten Oxidschicht,
- (d) Belassen der anodisierten Trägerplatte in dem Elektrolyten oder einem anderen sauren Bad, zur weiteren Schwächung der Zwischenschicht, und
- (e) Aufbringen einer Leiterplatte auf zumindest eine Oberfläche der Trägerplatte mittels eines Haftmittels.
11. Verwendung eines Verfahrens zur Ausbildung einer porösen
anodisierten Oxidschicht mit einer vergleichsweise
schwachen Zwischenschicht bei der Herstellung einer
Trägerplatte einer Platine zur Anbringung einer
Leiterplatte auf der Oxidschicht der Trägerplatte.
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